JPH0324466A - 加速度センサの故障診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、加速度センサの故障診断装置に関し、特に、
加速度センサの劣化、故障等を検出して誤動作を未然に
防止できるようにした加速度センサの故障診断装置に関
する。

（従来の技術） 衝突時にその衝撃を検知してエアバッグを膨らませ、運
転者が受ける衝撃を和げるようにした安全装置が自動車
に搭載されるようになってきた。

このような車載の安全装置、およびその他、衝撃を検出
してその検出結果をもとに各種制御を行う装置では、加
速度センサによって前記衝撃を検出するようにしている
ことが多い。この加速度センサとしては歪みゲージを応
用したセンサが一般に知られている。

例えば、加速度の検出媒体である検出板の一端に重りを
装着し、他端は基板上に片持ち状態で固定し、この検出
板に歪みゲージを張付けた構遣を有する加速度センサが
ある。このような加速度センサにおいて、加速度を受け
て前記検出板が撓むと、これに応じて前記歪みゲージが
歪む。したがって、前記歪みケージの歪み量の多少に基
づいて加速度の大小が検出できる。

前記車載の安全装置では、予定の値を超える大きな加速
度が検出された場合に、エアバッグを膨らますためのイ
ンフレークを起動させるようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 上記の加速度センサにおいて、歪みゲージや、このゲー
ジの出力を処理して加速度を検出するための電気部品が
劣化してくると、加速度検出誤差が生じてくる。

本発明の目的は、上記問題点を解消し、上記電気部品の
劣化を、予定値に対する加速度検出値の偏差に基づいて
診断てきる加速度センサの故障診断装置を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段および作用）上記の課題を
解決し、目的を達成するために、本発明は、加速度の大
きさに応じて出力される周波数信号に基づいて加速度を
検出する加速度センサの故障診断装置において、２つの
加速度センサを交互に加速度検出状態、および加速度を
検知しない基準状態に切換え、前記基準状態では基準周
波数信号に対する各センサの出力周波数の偏差を検出し
、加速度検出状態では、一方のセンサによる加速度検出
状態時の出力周波数と、この加速度検出状態に引続く、
他方のセンサによる加速度検出状態時の出力周波数との
差を検出し、前記それぞれの偏差のうちの少なくとも一
方の偏差が予定値以上になった場合には故障検出信号を
出力するように構成した点に特徴がある。

また、本発明は、前記２つのセンサの一方は常に加速度
検出状態にし、他方を適当な周期で前記基弗状態に切換
え、ζの基準状態では予定の基準周波数に対するセンサ
の出力周波数の偏差を検出し、前記加速度検出状態では
前記両センサ出力の互いの差を検出し、前記偏差または
差が予定以上になった場合に故障検出信号を出力するよ
うに構成した点に特徴がある。

上記特徴を有する本発明では、基準状態におけるセンサ
出力が予定の基準周波数に対して予定以上ずれていれば
そのセンサの構成部品の劣化などの故障があることを検
出できる。

また、２つの加速度センサのうち、一方のセンサの故障
を、他方のセンサの出力に基づいて検出できる。

（実施例） 以下に図面を参照して本発明の実施例を説明する。

まず、本発明を適用する加速度センサについて説明する
。第３図は本発明を適用する加速度センサの斜視図、お
よびその要部拡大図、第４図，第５図，第６図は加速度
検出のための回路図である。

第３図（ａ）において、セラミック基板１には２組の加
速度センサ、つまり加速度第１センサ（以下、第１セン
サという）２０および加速度第２センサ（以下、第２セ
ンサという）３０が設けられている。これらの第１セン
サ２０および第２センサ３０は、前記セラミック基板１
にその一端が接合され、セラミック材料、樹脂材料など
で形成された検出板２と、この検出板２の他端に設けら
れた重り３とをそれぞれ有している。

さらに、前記検出板２には、それぞれ電界効果トランジ
スタ（ＰＥＴ）４が設けられている。

第２図（ｂ）に前記ＦＥＴ４の細部を拡大して示す。同
図において、ＦＥＴ４は、そのチャネル方向が前記検出
板２の長手方向（矢印Ａ方向）と一致するように設けら
れている。

ＦＥＴ４は検出板２に張付けられた半導体４ａと、この
半導体４ａの一端に設けられたドレインＤおよび他端に
設けられたソースＳ１ならびに半導体４ａの中央部に設
けられたゲートＧを有している。

ＦＥＴ４を構成する半導体材料としては、ガリウムひ素
が使用され、検出板２もこれらと同一または同等の半導
体材料で形成することができる。

なお、ＦＥＴ４と検出板２とを同一または同等の材料に
する時はドレインＤおよびソースＳならびにゲートＧを
検出板２上に直接形成してＦＥＴ４を構成してもよい。

上記の構成からなる加速度センサでは、この加速度セン
サが装着された被検出体に加速度が加わると、その加速
度の方向によって検出板２が矢印ＢまたはＣの方向に撓
む。この撓みによってＦＥＴ４は歪み検知素子として機
能する。

すなわち、検出板２の撓みに応じてＦＥＴ４のチャネル
部に応力がかかり、この応力によって生じる圧電効果に
よってゲートＧにかかる電圧が変化する。その結果、ゲ
ートＧに印加されている電圧が一定であっても、この一
定の電圧に前記圧電効果によって生じる電圧が加わって
ゲート電圧が変化し、それに伴ってソース・ドレイン電
流が変化する。この電流変化に基づき、後述の回路によ
って加速度の大きさを検出することができる。

また、第３図（Ｃ）において、検出板２の応力発生部に
は歪みゲージとしてピエゾ抵抗ＰＲＯが設けられていて
、検出板２と基板との取付部、すなわち応力が発生しな
い部分にはＦＥＴ１３が設けられている。前記ビエゾ抵
抗ＰＲＯの一端はＦＥＴ１３に接続され、他端は図示し
ない制御回路に接続されていて、後述の回路における分
圧用の抵抗、またはブリッジ回路の一部を構成している
。

前記ビエゾ抵抗ＰＲＯを設ける検出板２は半導体材料に
限らず、セラミック材料、樹脂材料等で形成することも
できる。

次に、前記電流の変化に基づく加速度検出回路について
説明する。第４図は第３図（ａ＞　，　　（ｂ）に示し
たような、ＦＥＴ４を歪み検知素子として加速度を検出
する加速度センサの回路である。

第４図において、電源電圧Ｖｃｃは分圧抵抗Ｒｌ，Ｒ２
で予定の電圧に設定され、この設定された電圧がＦＥＴ
４のゲートに印加される。このゲートに印加される電圧
、およびＦＥＴ４のソース・ドレイン間に印加される電
圧に応じてＦＥＴ４のソース・ドレイン電流ＩＤが決定
される。

ＦＥＴ４のドレインはトランジスタＴｒｉのコレクタ、
およびＴｒｉ，Ｔｒ２のベースに接続されている。一方
、トランジスタＴｒ２のコレクタには発振回路５の抵抗
ＲＯとコンデンサＣＯならびに抵抗Ｒ３の一端が接続さ
れている。

上記トランジスタＴｒｉ，Ｔｒ２、およびこれらと接続
されるラインによってカレントミラー回路が構成されて
いる。すなわち、トランジスタＴｒ２のコレクタに流込
む電流Ｉｓは、トランジスタＴｒｉ，Ｔｒ２のベースに
供給される電流、つまりソース・ドレイン電流ＩＤに応
じて、このソース・ドレイン電流と一致するように変化
させられる。

また、発振回路５のＦＥＴ６およびＦＥＴ７のそれぞれ
のゲートには、コンデンサＣＯの容量に従って決定され
る周期で交互に電圧が印加される。

したがって、ＦＥＴ６およびＦＥＴ７は交互に導通、非
導通の状態を繰返し、周波数ｆｓのパルス状出力が得ら
れる。

前記パルス状出力の周波数ｆｓは、前記コレクタ電流Ｉ
Ｓによっても変化する。すなわち、電流Ｉｓの増加に応
じて発振回路５の出力周波数が高くなる。

したがって、この周波数ｆｓの変化を検出することによ
って、電流Ｉｓの変化を検出できる。電流ＩＳはソース
・ドレイン電流ＩＤの変化に伴って変化するので、電流
Ｉｓの変化は、ソース・ドレイン電流ＩＤの変化をも意
味することになる。

さらに、ソース・ドレイン電流ＩＤは、ゲート電圧によ
って決定されるが、このゲート電圧は上述のようにＦＥ
Ｔ４にかかる応力によって変化するため、印加されるゲ
ート電圧が一定の場合のソース・ドレイン電流ＩＤの変
化は、ＦＥＴ４にかかる応力の変化、すなわちこのＦＥ
Ｔ４が設けられた検出板２にかかる加速度の変化を示し
ていることになる。

このように、発振回路５の出力周波数ｆｓに基づいてＦ
ＥＴ４にかかる応力の変化を検出できるので、周波数ｆ
ｓを検出することによってＦＥＴ４が設けられた検出板
２に加わった加速度の大きさを検知することができる。

この加速度検出回路において、ＦＥＴ４のゲートに対す
る電圧を“０′にすると、電流ＩＤは″０゜になり、こ
れに伴って電流Ｉｓも“０″になるので発振回路５の出
力周波数は、この発振回路５を構成する部品（ＦＥＴ６
，７、抵抗ＲＯ、コンデンサＣＯ等）の定数にのみ依存
する基準周波数になる。

次に、第３図（ｅ）に示したような、ビエゾ抵抗を用い
た歪みゲージによる加速度検出回路を説明する。

第５図，第６図は歪みゲージによる加速度検出回路の要
部を示す。同図において、第４図と同符号は同一または
同等部分を示す。

第５図において、ＦＥＴ１３のゲートには電原電圧Ｖｃ
ｃがピエゾ抵抗ＰＲＩ，ＰＲ２で分圧されて印加される
。このピエゾ抵抗ＰＲＩ，ＰＲ２の少なくとも一方は、
前記第３図（ｅ）に示した検出板２に設けられて歪みゲ
ージを構戊するピエゾ抵抗ＰＲＯに相当する。

したがって、前記検出板２に加速度が加わると検出板２
上に形成されたピエゾ抵抗が撓んでこのピエゾ抵杭の抵
抗値が変化し、ＦＥＴ１３のゲートに印加される電圧が
変化する。その結果、ＦＥＴ１３のソース・ドレイン電
流ＩＤが変化する。

ソース・ドレイン電流ｌＤが変化すると、電流Ｉｓも変
化して前記発振回路５の出力周波数ｆｓが変化する。

第６図では、ブリッジ回路１４を構成する抵抗ＲＩＯ〜
Ｒ１３の少なくとも１つが前記ＦＥＴ４と同様、検出板
２に設けられて歪みゲージを構成する。ブリッジ回路１
４の出力電圧は増幅器１５を介してＦＥＴ１３のゲート
に印加される。

第６図に示した回路でも第５図の回路と同様、前記検出
板２に設けられた抵抗が撓んでこの抵抗の抵抗値が変化
し、ＦＥＴ１３のゲートに印加される電圧が変化する。

その結果、ＦＥＴ１３のソース・ドレイン電流ＩＤが変
化する。

この加速度検出回路においては、ＦＥＴ１３のゲートに
対する電圧の印加をＩＩＯ＃にすると、上述の検出回路
と同様、発振回路５は基準周波数信号を出力する。

第５図，第６図におけるＦＥＴ１３は歪みゲージではな
いので、検出板２に取付けるのではなく、基板１上に固
定して使用される。

次に、上記構成の加速度検出回路の故障を検知する故障
診断装置をブロック図を参照して説明する。第１図は故
障診断装置の機能構或を示すブロック図である。

同図において、第１センサ２０および第２センサ３０は
、前記第４図〜第６図のうちのいずれかを含むセンサで
ある。これらのセンサ２０，３０は、予定の周期で切換
信号発生部９から出力される信号に応答し、モード切換
部８によって加速度検出モードまたは基準モードに切換
られる。モード切換部８は、第１センサ２０を基準モー
ドに設定した場合は第２センサ３０を加速度検出モード
に設定する。その反対に第１センサ２０を加速度検出モ
ードに設定した場合は、第２センサ３０を基準モードに
設定するように動作する。

ここで、加速度検出モードとは、前記加速度検出回路に
対して電源Ｖｃｃが供給されていて、ＦＥＴ４またはＦ
ＥＴ１３のソース・ドレイン電流ＩＤが、加速度に応じ
て変化できる加速度検出可能状態を意味する。一方、基
準モードとは、例えばＦＥＴ４またはＦＥＴ１３に供給
する電源を断って前記ソース・ドレイン電流ＩＤを“０
”に固定した状態を意味する。その結果、この基準モー
ドでは加速度は検出されないので、電流Ｉｓは″０″に
固定され、発振回路５からはこの電流｝Ｓ″０”に対応
する前記基準周波数が出力される。

加速度検出モードにおける第１センサ２０および第２セ
ンサ３０による検出データ（発振回路５の出力周波数）
は、第１および第２記憶部２１．３１にそれぞれ記憶さ
れる。さらに第１センサ２０の検出データは第１比較部
１６にも入力されて、第２記憶部３１に記憶されている
前回検出時の第２センサ３０の検出データと比較される
。同様に、第２センサ３０の検出データは第２比較部１
７に人力されて、第１記憶部２１に記憶されている前回
検出時の第１センサ２０の検出データと比較される。

第１および第２比較部１６．１７の比較結果によって、
第１センサ２０および第２センサ３０の検出データの差
が予定値以上であれば第１および第２故障表示部１８．
１９で故障表示を行う。すなわち、同一の基板１に装着
されている第１センサ２０および第２センサ３０の検出
データはほぼ同一になるはずなので、前回サンプリング
時の第１センサ２０の検出データと、それに続くサンブ
リングで検出される第２センサ３０の検出データとの差
、ならびに前回サンプリング時の第２センサ３０の検出
データと、それに続くサンプリングで検出される第２セ
ンサ３０の検出データとの差が予定値以上であれば故障
であると判断できる。

但しこの場合の故障箇所が加速度検出回路のどの部分で
あるかは特定できない。

故障箇所をある程度の範囲で特定するために、基準モー
ドでの第１および第２センサ２０，３０の出力を、電流
Ｉｓが“０”の状態での発振回路５の出力周波数、つま
り発振回路５の構成部品の定数のみで決定される基準周
波数とを第３および第４比較部２２．２３で比較する。

基準周波数は基準周波数設定部２４に格納しておく。発
振回路５の構成部品に劣化がなければ出力周波数と基準
周波数との差は“０”か僅少になるはずである。したが
って、この第３および第４比較部２２．２３の出力に基
づいて発振回路５の部品劣化などの故障を特定できる。

発振回路５が故障と判断されれば第３故障表示部２５，
または第４故障表示部２６で故障表示を行う。

故障診断にあたっては、まず、発振回路５に故障がない
ことを確認し、その後、第１および第２比較部１６．１
７での判断を行うようにすれば、故障があった場合に、
その故障箇所を発振回路５以外の箇所に特定できる。

第１および第２記憶部２１，．３１の記憶データは、第
１および第２センサ２０，３０が検出モードに切換えら
れる毎に新しいデータで更新される。

なお、切換信号発生部９から切換信号を出力するタイミ
ングは任意のタイミングでよい。

次に本発明の第２実施例を説明する。

第１図に示した実施例では、第１および第２センサ２０
．３０を交互に基準モードに切換えて発振回路５の故障
を診断しながら、一方で加速度検出モードにおける第１
および第２センサ２０，３０の出力を比較するようにし
た。第２実施例では、第１および第２センサの２０．３
０のいずれか一方は常時加速度検出モードにしておき、
他方のセンサを予定の周期で基準モードに切換えるよう
にした。

第２図において、第１および第２センサ２０，３０の出
力は第５比較部２７において互いに比較され、両者の出
力の差が予定値以上であれば、第５故障表示部２８で故
障の表示をする。

モード切換部８は切換信号発生部９から予定周期で出力
される信号に応答して、第２センサ３０を基準モードに
切換える。基準モードに切換えられた第２センサ３０の
出力は、第６比較部２９において、基準周波数設定部２
４に格納されている基準周波数と比較され、その比較結
果によって第２センサ３０の出力が予定範囲からはずれ
ていれば第６故障表示部３２で故障の表示をする。

故障診断にあたっては、まず、第６比較部２９の比較結
果に基づいて発振回路５に故障がないことを確認し、そ
の後、第５比較部２７で、第１および第２センサ２０，
３０の出力差が予定値以内にあることが検出されれば、
第１および第２センサ双方は正常に機能していると判断
できる。

この第２実施例によれば、第２センサ３０の切換え時に
も、第１センサ２０は常に加速度検出状態にあるので、
加速度の変化を常時監視できる。

前記第１および第２実施例では、別々の検出板２に歪み
検知素子または歪みゲージを設けた加速度センサの故障
診断について説明したが、本発明は次に示すような加速
度センサにも適用できる。

第７図に示した加速度センサは基板１の上に設けられた
検出板２ａに歪み検知素子、つまり前記ＦＥＴ４を２個
設けた例である。このように構威された加速度センサで
は、故障診断機能を有していながらセンサの寸法は小形
に維持できる。また、２個の検出板を使用している場合
に比べて、２個の検出板間の性能のばらつきがないため
故障診断精度がよい。

なお、この加速度センサの検出板２ａに設けられた歪み
検知素子はＦＥＴに限らず、ビエゾ素子を用いた歪みゲ
ージでも同様の効果が得られるのはもちろんである。

また、上述の実施例では同一の加速度に対して同等の検
出結果が得られる加速度センサ、つまり同感度の加速度
センサを２個使用した場合について説明した。しかしな
がら本発明は、このような場合に限らず、部分的には同
一感度領域を有していて、全体の感度領域が異なる加速
度センサを２個使用してもよい。

このような感度領域の異なる２個のセンサを用いること
により、加速度検出範囲を単一の加速度センサで得られ
る範囲よりも拡大できる。

例えば、２個のセンサのうちの一方の検出レンジが１〜
１０３であり、他方のセンサの検出レンジを１０　〜１
０５に設定してあれば、２個のセ３ ンサ全体としては検出レンジ１〜１０５を有する加速度
センサを実現できる。

この場合、自動車の通常走行時において故障診断を行う
ため前記２個のセンサの検出レンジが重なった部分で通
常走行時に発生すると予測される加速度を検出できるよ
うに感度調整を行っておく。

また、加速度が前記検出レンジの重なった部分からはず
れた場合には故障診断は行わない。

感度の異なる加速度センサは、前記重り３の重量、検出
板２，２ａの寸法、あるいは歪み検知素子としてのＦＥ
Ｔ４の定数の調整などによって得られる。

また、ＦＥＴ４を検出板２，２ａに設ける際の、検出板
２，２ａに対するＦＥＴ４のチャネル方向によっても感
度の異なる加速度センサが得られる。

つまり検出板２．２ａに対するＦＥＴ４の配置方向によ
って検出板２，２ａが同一量だけ撓んだ場合でもＦＥＴ
４が受ける応力は異なるようになり、その結果、ＦＥＴ
４のゲート電圧としては同一撓みに対して異なった値が
得られる。

なお、前記ＦＥＴ１３は歪みゲージから出力される電圧
を電流に変換する電圧／電流変換手段として機能するよ
うな、例えばバイボーラトランジスタを用いたオペアン
プを組合わせて構成される電圧・電流変換回路であって
もよい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、次の
ような効果を生じさせることができる。

（１）加速度検出回路を構成する部品の劣化を、通常の
加速度状態で検出できる。したがって、車載のエアバッ
グを作動させる判断基準を得るために使用されるような
、高い安全性が要求される加速度センサの信頼性を向上
させることができる。

（２）加速度センサの故障診断を行えると共に、加速度
検出レンジの拡大がはかれる。

（３）故障診断機能を有していて、しかも加速度センサ
の寸法は小形のまま維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は本発明の実施例を示すブロック図、第
３図は加速度センサの斜視図、第４図，第５図，第６図
は本発明の実施例における要部回路図、第７図は検出板
を共用した加速度センサの例を示す斜視図である。 ２４・・・基準周波数設定部、 ンサ、３１・・・第２記憶部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）加速度の大きさに応じて出力される周波数信号に
   基づいて加速度を検出する加速度センサの故障診断装置
   において、 ２つの加速度センサと、 一方のセンサの出力周波数と、他方のセンサの出力周波
   数との差を検出する手段と、 前記出力周波数の差が予定値以上になった場合に故障検
   出信号を出力する手段とを具備したことを特徴とする加
   速度センサの故障診断装置。
2. （２）加速度の大きさに応じて出力される周波数信号に
   基づいて加速度を検出する加速度センサの故障診断装置
   において、 ２つの加速度センサと、 前記２つのセンサを交互に加速度検出状態および加速度
   を検知しない基準状態に切換えるモード切換手段と、 前記基準状態で、基準周波数信号に対する各センサの出
   力周波数の偏差を検出する手段と、一方のセンサによる
   加速度検出状態時の出力周波数と、この加速度検出状態
   に引続く他方のセンサによる加速度検出状態時の出力周
   波数との差を検出する手段と、 前記加速度検出状態時における２つのセンサの出力周波
   数の差、および前記基準周波数信号に対する偏差の少な
   くとも一方が予定値以上になった場合に故障検出信号を
   出力する手段とを具備したことを特徴とする加速度セン
   サの故障診断装置。
3. （３）加速度の大きさに応じて出力される周波数信号に
   基づいて加速度を検出する加速度センサの故障診断装置
   において、 ２つの加速度センサと、 前記２つのセンサの一方は常に加速度検出状態にし、他
   方は適当な周期で加速度を検出しない基準状態に切換え
   るモード切換手段と、 前記基準状態で、基準周波数に対するセンサの出力周波
   数の偏差を検出する手段と、 前記加速度検出状態で、前記２つのセンサ出力の互いの
   差を検出する手段と、 前記偏差または差が予定以上になった場合に故障検出信
   号を出力する手段とを具備したことを特徴とする加速度
   センサの故障診断装置。
4. （４）前記２つの加速度センサが、加速度検出媒体であ
   る検出板を共用している加速度センサであることを特徴
   とする請求項１、２または３記載の加速度センサの故障
   診断装置。
5. （５）前記２つの加速度センサが、その感度領域が一部
   で重複している加速度センサであることを特徴とする請
   求項１、２、３または４記載の加速度センサの故障診断
   装置。